O vento solar da Sun recriado em laboratório com ajuda de Big Red Ball

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Prolongar / A Big Red Ball é retratada em Sterling Hall na Universidade de Wisconsin-Madison em 2 de outubro de 2017. Não há nenhuma palavra sobre se a Big Red Ball contém ou não uma substância verde incandescente desconhecida que caiu na terra, presumivelmente do espaço sideral. . (Embora provavelmente não. Provavelmente.)

O vento solar é feito – principalmente – de puro incrível. É um fluxo sempre variável e mal previsível de partículas carregadas do Sol: uma exalação gigante em nossos rostos. É responsável pelas auroras, que produz em parceria com os campos magnéticos da Terra. O vento solar também deu origem a possivelmente a descrição mais legal do trabalho na Terra: o meteorologista espacial.

Mas os dados sobre o vento solar não são tão fáceis de encontrar. Sim, podemos sempre observar as partículas carregadas que atingem o campo magnético do nosso mundo, mas para uma visão mais global, precisamos usar dados de satélite – e os satélites não são baratos. Seria legal se pudéssemos recriar o vento solar no laboratório. E isso é exatamente o que um grupo de físicos fizeram, usando uma máquina chamada "Big Red Ball".

Um olhar mais atento ao vento solar

Você pensaria que entendemos muito bem o vento solar, dado que sua existência foi prevista antes de ser observada. Mas é um sistema complexo e prever sua existência não facilitou a previsão de seu comportamento. Por que isso é tão complicado?

O vento existe porque o Sol tem um poderoso campo magnético, que forma gigantescos anéis que começam e terminam nos pólos solares. Quanto mais longe do Sol esses laços se tornam, mais fracos eles se tornam, o que os torna mais fáceis de quebrar. E o próprio Sol ajuda a quebrá-los. É mais ou menos continuamente ejeta uma sopa de partículas carregadas ou plasma. Esse plasma se acumula e eventualmente fica forte o suficiente para impedir que as linhas de campo magnético dos loops se fechem. Essas linhas quebradas não começam mais nem terminam nos pólos solares – ao invés disso, elas se estendem através do Sistema Solar, sem fim.

Então você tem que adicionar rotação solar: o Sol está girando como um topo, o que arrasta o campo magnético com ele. Para as linhas inteiras, que ainda funcionam de pólo a pólo, isso não importa muito. No entanto, as linhas quebradas se torcem para formar uma espiral que se estende para o sistema solar. A forma dessas linhas de campo dá ao vento solar suas propriedades características.

Agora, de volta ao plasma que está sendo ejetado pelo sol. Lembre-se de que o plasma pressiona as linhas do campo magnético que eventualmente as quebram. Este é um evento violento que acontece em momentos imprevisíveis. Tudo isso contribui para um sistema muito imprevisível, o que, por sua vez, torna o clima espacial interessante. É também por isso que um modelo de laboratório deste complexo processo seria tão útil: permite aos cientistas validar seus modelos computacionais contra um conjunto de dados mais denso do que pode ser obtido por observações do Sol.

Que grande bola vermelha você tem

É aqui que entra a Big Red Ball. É essencialmente uma câmara de vácuo cercada por ímãs que permite aos pesquisadores confinar uma grande bola de plasma. No entanto, os campos gerados pelos ímãs do BRB são projetados para serem bastante fracos no volume central (onde os experimentos são feitos), de modo que o plasma é essencialmente livre para gerar seu próprio comportamento.

Para modelar o vento solar, os pesquisadores colocaram um ímã de barra no centro da bola e começaram a girar. Nesse nível, o experimento é realmente simples. Mas o BRB é uma máquina sofisticada para caracterizar plasmas e campos magnéticos, por isso precisa ser capaz de observar um comportamento complicado.

E foi o que aconteceu. Pesquisadores mostraram que o vento solar em miniatura produzido por seu modelo tem todas as principais características do real. Existe um limite onde as linhas de campo não estão mais fechadas. O plasma dentro da região central “avança”, quebrando linhas de campo, e faz isso em momentos imprevisíveis no tempo. As linhas de campo espiralam para fora exatamente como fazem no Sistema Solar.

Mas o modelo não é perfeito. Um plasma consiste de elétrons e íons carregados positivamente. Os elétrons experimentam quase as mesmas condições que no espaço, mas isso não é verdade para os íons. No espaço, os íons quase nunca colidem um com o outro, enquanto no BRB eles estão constantemente colidindo. Isso tem dois efeitos: primeiro, desmagnetiza a parte íon do plasma. Cada íon é um minúsculo ímã, que com o tempo se alinhará (ou se alinhará) com o campo magnético do Sol. Na Big Red Ball, as colisões constantes interrompem esse alinhamento. Isso significa que o plasma se comportará de maneira um pouco diferente no modelo do que no espaço.

Também suspeitamos que as colisões homogeneizem o plasma. No espaço, sem colisões, os íons quentes permanecem quentes e não transferem sua energia para outros íons. No entanto, na Big Red Ball, essa energia será espalhada rapidamente. Mesmo com essa limitação, no entanto, parece provável que o modelo seja uma ferramenta muito útil para ajudar os meteorologistas do espaço a entender melhor a previsão do tempo espacial.

Física da Natureza, 2019, DOI: 10.1038 / s41567-019-0592-7 (Sobre o DOIs)

Fonte: Ars Technica